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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
在單細胞和多細胞生物體中，代謝率與體重 (M) 的四分之三次方成正比，這一事實表明，相同的生物設計原理適用於組織的多個層面。我們使用分形分佈網絡的通用模型框架以及哺乳動物能量轉化的數據來分析和預測有氧代謝的異速生長，其質量範圍超過 27 個數量級，涵蓋四個組織層次：個體生物體、單細胞、完整線粒體和酶分子。我們發現，雖然體內細胞代謝速率為 M-1/4，但所有哺乳動物（無論大小）培養細胞的代謝速率均趨於單一預測值。此外，單一四分之三冪異速縮放定律表徵了分離的哺乳動物細胞、粒線體和呼吸複合物分子的基礎代謝率；這與單細胞生物的標度關係重疊且無法區分。這項觀察結果表明，生物組織各個層面的有氧能量轉換受到通過具有模型指定屬性的分層分形網絡的材料運輸的限制。我們展示瞭如何計算最小哺乳動物的質量（大約 1 g），並了解觀察到的哺乳動物細胞中線粒體和呼吸複合體的數量和密度。將尺度的理論和實證分析擴展到亞有機體水平可能對細胞結構和功能以及老化的代謝基礎具有重要意義。